Atelier 1. Modélisation de l'interaction nappe-carrière

Transcription

1 Modélisation de l'interaction nappe-carrière Atelier 1 Colloque La Carte hydrogéologique de Wallonie : un outil au service de tous Jambes (Namur) - Belgique - 16 mai

2 Modélisation hydrogéologique du bassin carrier du Tournaisis : étude de cas et interaction nappe-carrière Colloque La Carte hydrogéologique de Wallonie : un outil au service de tous Jambes (Namur) - Belgique - 16 mai 2013 Pierre-Yves BOLLY Administrateur délégué, AQUALE SPRL - ECOFOX SA

3 ACTIVITÉ EXTRACTIVE EN WALLONIE Source : SDER 3

4 ACTIVITE DE PRODUCTION D EAU EN WALLONIE 4

5 EFFETS DES PRODUCTIONS CONJOINTES PIERRE ET EAU 5

6 EVALUATION OBJECTIVE ET PREVISIONNELLE DES INCIDENCES D UNE EXPLOITATION D UNE CARRIÈRE SOUS LE NIVEAU DE LA NAPPE Evolution régionale de la nappe? Incidences potentielles sur la gestion interne de la carrière? les NE de la nappe? les Q des prises d ESO? les ESU? Solutions de valorisation des eaux d exhaure? Modèles hydrogéologiques numériques 6

7 COLLECTE DE DONNEES Utilisation de la carte hydrogéologique et sa notice cadre topographique cadre hydrologique (réseaux hydrographiques) cadre géologique (coupes et légendes géologiques, indices sur les interactions ESU/ESO) cadre hydrogéologique (activités extractives, pompages industriels et particuliers, localisation des occurrences karstiques, cartes piézométriques, localisation des piézomètres monitorés régulièrement et potentiellement utilisables comme point de monitoring / échantillonnage durant l étude spécifique, directions préférentielles d écoulement, ordres de grandeur des conductivités hydrauliques, porosités efficaces, caractères libre / captif ) chimisme des eaux cadre historique, données bibliographiques 7

8 COLLECTE DE DONNEES Carte hydrogéologique = support pour optimiser les campagnes de caractérisation et modélisation implantation de carottages, forages équipés en piézomètres, en puits de pompage implantation et paramétrisation de campagnes géophysiques dimensionnement et réalisation de pompages d essai couplés à un réseau de monitoring piézométrique dimensionnement et réalisation d essais de traçage détermination du modèle conceptuel (limites du modèle, conditions aux frontières, discrétisation verticale et horizontale ) 8

9 OBJECTIFS DE L OUTIL MATHEMATIQUE DE MODELISATION Evaluation / reproduction des incidences passées et présentes Prédiction des incidences futures : Q des ouvrages avoisinants Q des ruisseaux Risques de tassements Equilibre de l aquifère Exhaure Risques de débourrage Effets des systèmes de valorisation : rideau de puits, récupération en fosse, infiltration artificielle 9

10 OBJECTIFS DE L OUTIL MATHEMATIQUE DE MODELISATION Contribution à la bonne gestion de l état quantitatif et qualitatif de la masse d eau et des interactions ESU / ESO (cf. DCE) Mise en place de solutions pour réduire ou supprimer les incidences futures 10

11 Modélisation hydrogéologique du bassin carrier du Tournaisis : ETUDE DES INCIDENCES DES EXPLOITATIONS DU CALCAIRE DANS LE TOURNAISIS - GESTION RAISONNÉE ET CONCERTÉE DE LA RESSOURCE EN EAU 11

12 CONTEXTE DE L ETUDE 7 Mm³/an Gaurain - CCB Projet Obesco2 HOLCIM Carrières rive droite OBESCO2 6 Mm³/an Projet Barry CCB 12

13 CONTEXTE DE L ETUDE ACTIVITES RD Phasage complexe : gestion de la remontée dans Gaurain avec découverture de Barry, progression simultanée des carrières RD Source : CCB,

14 CONTEXTE DE L ETUDE MASSES D EAU RWE013 / RWE060 RWE060 RWE013 14

15 CONTEXTE DE L ETUDE MASSES D EAU RWE013 / RWE060 Sensibilité RWE060 (actuel) (mauvaise recharge et pompages) Piézométrie régionale : SE NO Sensibilité RWE060 (argiles <-> mauvaise recharge) RWE060: historique de surexploitation réseau Transhennuyère ( Q RWE060, Q dans RWE013 avec mélange des eaux des carrières RD de l Escaut) 15

16 CONTEXTE DE L ETUDE HISTORIQUE DE SUREXPLOITATION, ZONE DE COURTRAI NE absolu (m) Incident à Kain: Infiltration de l Escaut (1977) ~ cote toit du crétacé Activation accord Wal/Fl: Th 1 à 2 m/an Attention apportée également au lessivage des sulfates issus de sables pyritiques (au Nord de Pecq) lors de la remontée 16

17 CONTEXTE DE L ETUDE PRODUCTION D EAU REELLE DECLAREE Total RW (Mm³/an) VL (Mm³/an) TOTAL (Mm³/an) Transhennuyère (Mm³/an) ,4 15,5 33, ,1 14,6 28, ,5 11,9 26, ,6 10,0 23,6 3, ,3 10,4 24,8 6, ,3 10,1 22,4 7, ,6 9,2 19,8 8, ,1 9,6 18,7 9, ,3 7,9 16,3 9, ,4 8,4 16,8 9, ,1 8,7 17,8 9, ,1 8,6 17,7 9, ,2 10,1 20,2 9, ,8 9,4 19,2 8,8 J. SZWARCENSZTAJN,

18 PROCESSUS EVOLUTIF DE L ETUDE HYDROGÉOLOGIQUE DÉTAILLÉE 2008 Etude hydrogéologique HOLCIM (projet Obesco²) 2010 Etude hydrogéologique CCB (projet Barry) 2013 Caractérisation hydrogéologique: forages, PDE (CD + LD), monitoring, géophysique Modèle numérique ES Caractérisation hydrogéologique: forages, PDE (CD + LD), monitoring Modèle numérique ES + couplage modèle analytique / modèle numérique Enrichissement du modèle numérique 18

19 PROCESSUS EVOLUTIF DE L ETUDE Acquisition de données Exploitation du modèle Modèle conceptuel Evaluation du modèle Construction du modèle Définition des scénarii Calibrage du modèle 19

20 LIMITES DU MODÈLE Zone modélisée 20

21 LIMITES DU MODÈLE / EXPLOITATION DE LA CARTE SPW Limite des masses d eau RW 013/060 Piézométrie Automne 2010 Frontière (Scaldwin) à flux nul S modèle étendu actualisé = ha Captages T.M.V.W. ~ 8 Mm³/an Transhennuyère ~ 3 Mm³/an Barry 21

22 EXEMPLES D EXPLOITATION DE LA CARTE SPW DANS LE CADRE DE L ÉTUDE AQUALE Projet Obesco² Utilisation de la carte : décrochage de l Escaut / nappe enrichissement du modèle conceptuel localisation des plans d eau d anciennes carrières utilisés pour la campagne piézométrique servant au calibrage du modèle caractérisation optimisée localisation des failles optimisation du champ de monitoring piézométrique durant un PDE longue durée, représentation dans le modèle localisation des affleurements, couvertures argileuses représentation du champ d infiltration dans le modèle 22

23 MODÈLE CONCEPTUEL / EXPLOITATION DE LA CARTE SPW Maillage optimisé carrières, pompages, failles Frontière physique des calcaires 23

24 MODÈLE CONCEPTUEL / EXPLOITATION DE LA CARTE SPW ET DE SA NOTICE Utilisation des isohypses renseignées sur la carte pour la discrétisation verticale du modèle 24

25 MODÈLE CONCEPTUEL / EXPLOITATION DE LA CARTE SPW aquiclude K xx = K yy = 10 K zz 25

26 MODÈLE CONCEPTUEL / EXPLOITATION DE LA CARTE SPW 26

27 CALIBRAGE DU MODÈLE PIÉZOMÉTRIE SIMULÉE 27

28 CALIBRAGE DU MODÈLE Piézométrie (réf: ~ automne 2010) Débits d exhaure Gaurain Piézométrie simulée Milieu-Lemay-Antoing SRMS : 5 % Monelot + Monvoisin Piézométrie mesurée 28

29 VALIDATION DU CALIBRAGE DU MODÈLE Bilan hydrogéologique équilibre approché de la nappe en 2010 (Mm³/an) 29

30 ÉVALUATION DU MODÈLE En 2010 (en l état des connaissances) ~ 3 (ind) BILAN GLOBAL (Mm³/an) Total entrées: 34.5 Frontières avec modèle: 25 (simulé) Frontière à l Ouest du modèle: 4 (estimé) Tournai Infiltration: 5.5 Total sorties: 26.7 Production déclarée: ind Captages français: -6 Bilan net positif: +7.8 Mm³/an 30

31 ÉVALUATION DU MODÈLE NE absolu (m) Incident à Kain: Infiltration de l Escaut (1977) ~ cote toit du crétacé Activation accord Wal/Fl: Th 1 à 2 m/an Total RW (Mm³ /an) VL (Mm³ /an) TOTAL (Mm³/an) Th (Mm³/ an) ,4 15,5 33, ,1 14,6 28, ,5 11,9 26, ,6 10,0 23,6 3, ,3 10,4 24,8 6, ,3 10,1 22,4 7, ,6 9,2 19,8 8, ,1 9,6 18,7 9, ,3 7,9 16,3 9, ,4 8,4 16,8 9, ,1 8,7 17,8 9, ,1 8,6 17,7 9, ,2 10,1 20,2 9, ,8 9,4 19,2 8,8 L équilibre de production semble être obtenu en 2001 IN ~ OUT Apparemment une diminution de 26 Mm³/an à ~18 Mm³/an aurait permis une remontée de 1 à 2 m/an au Nord de la RWE060 31

32 ÉVALUATION DU MODÈLE En 2001 (en l état des connaissances) BILAN GLOBAL (Mm³/an) Total entrées: ~ 3 (ind) Frontières avec modèle: 26 (estimé) Frontière à l Ouest du modèle: 4.5 (estimé) * Infiltration: 5.5 Tournai Total sorties: ? Production déclarée: ind * Captages français: -6 Bilan net positif: +0.6 Mm³/an (à affiner/valider) reproduction de l équilibre! Les ordres de grandeurs déduits de l outil de modélisation sont jugés représentatifs 32

33 DÉFINITION DES SCÉNARII 1. Phase de construction et calibrage 2. Phase d exploitation de l outil dont le calibrage est jugé satisfaisant 33

34 DÉFINITION DES SCÉNARII Exploitation du modèle dans le cadre d un GT Convention d échanges de données Obesco² - SWDE Constitution du GT présidé par B.Tricot depuis mai 2012 Diverses réunions tenues dans le cadre de la réflexion pour la préservation du bon état quantitatif / qualitatif 34

35 DÉFINITION DES SCÉNARII SCENARII : 2010 ~ 2023 ~ 2026 ~ 2034 BARRY (cotes d approfondissement) m -16 m -60 m GAURAIN (cotes d approfondissement) m -53 m -53 m -53 m MILIEU-ANTOING- LEMAY(cotes d approfondissement) OBESCO² (cotes d approfondissement) Actuel -120 m m -120 m m TRANSHENNUYERE (Mm³/an) 3 1,5 0 0 DISTRIBUTEURS D EAU (hors Th) (Mm³/an) 16,5 18,3 18,3 18,3 RECHARGE moyenne (mm/an)

36 EXPLOITATION DU MODÈLE SITUATION ~ 2030 Evaluation détaillée des incidences hydrogéologiques dans le cadre de E.I.E: Puits de production Zones humides Risques karstiques Tassements de sol Zoom sur la zone de Barry 36

37 EXPLOITATION DU MODÈLE Obesco 2 Barry Zoom sur la zone de Barry Carrières rive droite 37

38 EXPLOITATION DU MODÈLE SITUATION ACTUELLE Bilan hydrogéologique équilibre approché de la nappe en 2010 (Mm³/an) 38

39 EXPLOITATION DU MODÈLE - SITUATION PROJETEE 2030 Bilan hydrogéologique échanges approchés de la nappe en 2030 (Mm³/an) Prédiction d un déficit de la RWE060 ~ 1,2 Mm³/an 39

40 GESTION CONCERTÉE Groupe de travail GT-GECC 40

41 GESTION CONCERTEE Approche complémentaire d exploitation du modèle AQUALE et de celui développé conjointement par UMONS (A.RORIVE) et BRGM 41

42 GESTION CONCERTÉE Outils de monitoring : Programme de surveillance piézométrique des ouvrages Programme de surveillance des débits des prises d eau et des cours d eau Programme de surveillance biologique et chimique des cours d eau Autorisations de prises d eau graduelles (ex: permis HOLCIM OBESCO² octroyé début 2013 jusqu à 4,5 Mm³/an) Solutions de compensation pour une gestion équilibrée et concertée de la ressource en eau: Valorisation des eaux d exhaure : réduction des captages et utilisation du réseau Transhennuyère (ex: approches et convention CCB / SWDE en cours) Infiltration artificielle 42

43 PERSPECTIVES Il existe actuellement en Wallonie diverses solutions techniques et de gestion pour rendre compatibles : les activités d extraction des ressources minérales l exploitation des ressources en eau. 43

44 PERSPECTIVES Pour autant, il apparait nécessaire : que les mentalités des différents acteurs concernés continuent de converger positivement vers un souhait de gestion commune de ces ressources qu un consensus financier puisse être dégagé entre ces acteurs pour mener à bien cette mission 44